香格里拉大气本底站能见度变化特征浅析

杨禄麟

（香格里拉区域大气本底站，云南 迪庆674400）

1 引言

自20世纪70年代以来，由于世界各大城市的空气污染程度日益严重，导致城市大气能见度降低，严重影响了城市居民的正常生活，而且低能见度的出现更会给人们带来诸多不便和各种危害，常常是造成陆、海、空交通和飞机起降重大事故的重要原因，成为公众和环保部门关注的问题之一。环境大气中能见度的降低通常是由大气中颗粒物、水滴和污染气体的增加引起的，有关研究也表明，水汽、雾滴本身会增强光的吸收和散射，因而会对大气能见度降低有贡献。能见度是指示某些天气现象（如雾、霾、烟、轻雾、沙尘暴等）及大气洁净度的重要指标。

在区域大气本底站开展对大气水平能见度的测量，可以为控制区域性污染以及研究污染物的远距离输送及来源提供科学依据。

2 资料和方法

2.1 采样环境

香格里拉区域大气本底站（28.01°N，99.44°E，海拔3580m）位于云南省迪庆藏族自治州香格里拉县城正北30km处，在滇、藏、川三省区交界。地处于西南暖湿气流背风坡，降水量的年内分布干湿季分明。干季，当年11月至翌年4月，由于受强劲的南支干暖西风气流控制，辐射降温剧烈，晴天多，降水量只占全年的10%～40%。湿季5～10月，因主要受西南暖湿气流的控制和高原波动的影响，其降雨量占全年的40%～90%，降水主要集中在7～8月。主导风向多为南风或西南风，年平均风速1.9m/s，年平均气温5.2℃，年降水量614mm。气候特征属于季风气候区，是东亚季风和南亚季风的交汇处。香格里拉区域大气本底站建成于2009年，该站周围5km范围内无村庄和工厂等明显污染物排放，是世界气象组织全球大气观测网（WMO/GAW）的成员站。

2.2 观测方法

自2007年7月起，香格里拉区域大气本底站开展了大气水平能见度的连续观测。观测仪器采用Vaisala公司生产的FD12型能见度仪，是一种前散射测量仪器。该仪器通过测量小体积空气对光的散射系数来测量气象能见度，其每次测量的周期是15s，是目前中国气象局沙尘暴站网普遍采用的一种能够进行全自动观测的能见度仪测量仪器。自观测以来，仪器运行稳定，数据获取率较好。

2.3 数据处理

资料数据采集按默认频率15s，利用数据统计的方式对观测数据进行基于稳健局部回归筛选。首先，人工剔除由于系统故障及其他因素导致的明显的不合理数据，然后计算并做好数据剔除，直至剩余数与均值差异全部小于合理差值为止，剩余的数据即为本底数据。本底数据被认为排除了局地条件和人为活动的直接影响，具有已基本混合均匀的大气组成特征，从而能更好地代表区域平均大气能见度状况。

3 结果和讨论

2011年数据中有1997280条有效数据，数据有效率达到96%。通过人工筛选并留用数据958694条，占观测数据的48%。本文分析是对数据进行质量控制并计算小时平均，按四季及日、月、年为单位绘制图像，获得数据能够反映本底大气能见度变化特征。

3.1 香格里拉地区大气能见度各时间尺度上的变化特征

3.1.1 日变化和季变化

香格里拉区域大气本底站2011年日变化能见度显著（图1），不同季节表现出基本相似的规律，但又有所不同。就日变化而言，春秋两季基本和全年平均变化相同，夏季日变化呈现明显的峰、谷变化曲线，6～7时左右能见度最低，过后能见度开始持续增大，至17～19时达到最大值，随后再逐渐降低。冬季能见度是在11～12时处于低谷，其余时间能见度都比这一时刻高。晚间的20～24时、0～5时可见度属于高清时间段。能见度的这种日变化反映了近地层污染物的分布状况及其变化。这主要是由于夜间大气层结较为稳定，边界层中常有逆温层存在，抑制了空气中粒子的向上扩散，而早晨因炊事、交通等人类活动较为集中，造成大气污染源排放量增大，加剧了空气受污染的程度，另外夜间至清晨空气相对湿度较大，风速小，容易生雾，这些都导致了夜间和清晨能见度较低。日出后，随着太阳辐射加强，空气相对湿度减小，逆温层逐渐被抬升而消失，大气垂直交换加强，而午后动量下传，地面风速通常是一天之中最大的时段，空气中污染物容易扩散，因此午后的大气能见度通常是最好的时段。

图1 香格里拉本底站2011年能见度日变化曲线

各个季节出现峰值的时间基本一致，但出现谷值的时间有所差别，春、秋及全年的最小值出现在7时左右，而夏季的最小值为6时左右，冬季最小值出现在12时左右。夏季日变化幅度最大。能见度冬季最高，秋季次之，然后是春季，夏季最低（图2），分别为43.5，41.6，39.8，34.5。香格里拉这种季节变化特征主要原因是香格里拉区域大气本底站海拔3580m，高原气候夏季温度高，大气活动旺盛，降水大，常出现轻雾现象，对能见度造成一定影响。而冬季气候以干燥晴朗的天气为主，所以冬季能见度平均值最高。

图2 2011年季节变化趋势

3.1.2 月变化

香格里拉2011年能见度月变化趋势如图3所示，能见度有明显的月变化特征。从月份上看，能见度最大值出现在11、12月份，为45.29km、46.32km，最小值出现在8月份，为27.37km。

3.2 香格里拉地区大气能见度的频率分布

以香格里拉本底站2011年能见度小时数据为基础，统计年、春和采暖期不同浓度区间（以2.0km为间隔）出现的天数，并除以总天数来反映2011年能见度分布情况，得到香格里拉2011年能见度的平均频率分布数据（图4），香格里拉本底站2011年最大能见度在49km左右，占全年比例很大，达到16.4%，其次集中在39～47km范围内，占全年的47.7%，1～35km，占全年的36.0%。

图3 2011年月变化趋势

图4 香格里拉本底站2011年能见度频率分布

3.3 观测结果的影响因素

3.3.1 地面风对观测结果的影响

对观测期间不同季节小时风向（水平风）平均对应的风速及浓度进行统计观测，并将算术平均求解出来，得到16风向对应的杂质气体风速及浓度载荷情况。香格里拉大气本底站四季16风向大气中各杂质气体的浓度载荷和地面风速分布的趋势相类似，四季杂质气体的浓度随着地面风速的增大而降低。在冬春季节，本站杂质气体的浓度变化的决定因素可能是地面风，这是因为此时生态系统的呼吸作用减弱的缘故。西南方向来向地面风能够明显降低本站杂质气体的四季浓度，在夏秋季节，本站杂质气体的浓度变化更加受到地面风的显著影响。而该扇区也具有较大的平均风速，说明近地面源及地面风综合控制着香格里拉大气本底站的能见度。

3.3.2 气团传输对观测结果的影响

研究四季每小时对应的气团等熵后向轨迹，以对不同季节气团传输对本站杂质气体观测结果的影响进行探究。在进行72h后向轨迹聚类并对各簇内轨迹对应杂质气体小时浓度进行计算的过程中，运用美国国家海洋大气局（NOAA）HYSPLIT后向轨迹模式，将其和NCEP/NCAR气象资料有机结合起来。西南方向是该站四季主要气团的来源方向，该站杂质气体浓度的主要影响因素并不是夏季气团传输，而是在春、夏、秋来自缅甸、印度方向的气团的影响下降低。由于该站驻地陆地植被生态系统在冬季时排放减少，因此导致气团传输决定着该站杂质气体的浓度。

4 结论

（1）由于季节不同，日变化最明显的是夏季，其次为冬季。而春秋两季日变化特征基本和年平均特征相同，呈现峰、谷变化曲线，夏季早晨（5～7时）可见度为20km，属于一天中可见度最低时间段，但17～19时可见度为40km，夏季可见度日变化幅度最大。不同季节的同一时间段，可见度也有差别，例如冬季和夏季就相差20km。

（2）月变化特征与我国大部分城市和地区不同，大部分城市是冬季能见度最低，夏季最高。香格里拉大气本底站则是春天的2月，冬季的11月、12月最高，秋季的8月可见度最低。

（3）香格里拉能见度频率分布特征很有规律，香格里拉本底站2011年最大能见度在49km左右，可见度在39km之外的占全年比例最大，达到64%。

（4）地面风和气团传输对香格里拉大气本底站能见度的观测结果具有直接而深刻的影响，需要做好有针对性的计算分析。

总之，香格里拉大气能见度的日变化、季节变化特征明显。夏季能见度最低为25km左右，冬季能见度最高为49km左右；一日之中，夏季日变化明显，早晨最低，午后最高。通过全年频率分布显示，香格里拉大气能见度质量良好。

［1］段玉森，束 炯，张 弛，等.上海市大气能见度指数指标体系的研究［J］.中国环境科学，2005，25（4）：460～464.

［2］郑小波，王雪峰，罗宇翔.云贵高原1961－2006年大气能见度和消光因素变化趋势及原因［J］.生态环境学报，2010，19（2）：314～319.

［3］Nam－jun Baik，Yong Pyo Kim，Kil Choo Moo.Visibility Study in Seoul，1993［J］.Atmospheric Environment，1996，30：2319～2328.

［4］刘爱霞，韩素琴，蔡子颖.天津地区能见度变化特征及影响因素［J］.生态环境学报，2012，21（11）：1847～1850.

［5］王淑英，张小玲，徐晓峰.北京地区大气能见度变化规律及影响因子统计分析［J］.气象科技，2003，31（2）.

［6］苏维瀚，张秋彭，沈 济，等.北京地区大气能见度与大气污染的关系初探［J］.大气科学，1986，10（2）：138～144.

［7］叶 堤，蒋昌潭，王 飞.重庆市区大气能见度变化特征及其影响因素分析［J］.气象与环境学报，2006，22（6）：6～10.